Документ исследует влияние земледельческой практики на почвы степных районов черноземья России, подчеркивая, что засуха является в значительной степени следствием человеческой деятельности. Он описывает последствия этой практики, включая уменьшение почвенной влаги и эрозию, а также предлагает меры для борьбы с этими проблемами. В заключение рассматриваются естественные и антропогенные факторы, влияющие на почвенные экосистемы.

1. Сохранение почв
Максим Бобровский
Институт физико-химических и биологических
проблем почвоведения РАН
Пущинский естественно-научный институт
Пущино

2. Пароходы на
Волге
Пыльная буря

3. Засуха – явление не климатическое, а почти
исключительно почвенно-ландшафтное,
созданное по большей части земледельческой
практикой.
Степные районы Черноземья ранее были в
несколько раз более облесены, и климат там
соответственно не был таким сухим и
неустойчивым; и причина губительности засух
для полеводства – в уничтожении лесов,
естественных водоёмов и в распашке массы
земель.
(Докучаев, 1892)

4.  усиленное испарение степных вод, а вероятно, и увеличение
ночного охлаждения степи
 уменьшение количества почвенной влаги и понижение
уровня грунтовых вод
 чрезвычайное усиление весенних и дождевых водополей в
открытой степи и реках
 уменьшение количества летнего запаса вод
 высыхание и уничтожение одних источников и заплывание
других
 интенсивный, все более и более увеличивающийся смыв
плодородных земель со степи
 загромождение речных русел, озер и всякого рода западин
песком и иными грубыми осадками
 усиление вредного действия восточных и юго-восточных
ветров, знойных, иссушающих растительность и источники
летом, и холодных, нередко губящих плодовые деревья и
посевы зимой и ранней весной
(Докучаев, 1892)

5. План преобразования степной части
Европейской России для борьбы с засухой
1) Регулирование стока больших и малых рек
2) Мероприятия по борьбе с эрозией
3) Регулирование водного режима в открытой
степи путем создания системы прудов, живых
изгородей, лесополос
4) Разработка норм рационального
землеустройства, соотношений площади
пахотных земель, лесов и вод
5) Выработка рациональных приемов обработки
почвы

6. Александр
Сергеевич Ермолов
Василий Васильевич
Докучаев
Особая экспедиция по
испытанию и учету
различных способов и
приемов лесного и водного
хозяйства в степях России
Алексей
Андреевич Тилло
Экспедиция по
исследованию источников
главнейших рек
Европейской России

7. Типичный (нормальный) почвенный
профиль
дискретные горизонты,
параллельные
поверхности
Source:
http://www.ctahr.hawaii.edu/mauisoil/a_profile.aspx

8. «Калужские
засеки»

11. Процессы формирования морфонов
Биогенное
оструктуривание
(агрегация)
Гумусообразование
Гумусонакопление
Разрушение
агрегатов
Перегруппировки
материала
Педотурбации
Перенос
Морфоны – горизонты – профиль

12. Морфологический анализ
почвенного профиля
 Профиль почвы - мозаика вложенных морфонов,
образование которых - результат экзогенных и
эндогенных воздействий на экосистему
 Анализ материала, заполняющего формы
(морфоны) разного возраста =>
последовательность и интенсивность различных
воздействий
(Пономаренко, 1990, 1999)

13. Факторы образования морфонов
Морфоны
Форма
Материал
Биотические
факторы
Деятельность
педофауны
Рост/отмирание
корней
Вывалы –
ветровальные
почвенные
комплексы
(ВПК)
Антропогенные
факторы
Пожары
(выжигание)
Распашка
Рубки
Выпас

15. Строение почвенного агрегата:
I – микроагрегат;
II – макроагрегат;
а – глинистая частица; b – бактерия; с – бактериальный
гель + гуминовые кислоты; m – микроагрегат; р –
минеральная частица; tv – растительная ткань; с + h –
цементирующее вещество и гифы; h – гифы; v – поры
(по Дюшофуру, 1998)

16. Кучка копролитов
(по Чекановской, 1960)
Копролитная (А) и
некопролитная (Б)
структура почвы
(по Чекановской, 1960)

17. 3D – реконструкция систем ходов
дождевых червей.
Желтые – ближние, синие – дальние ходы
(Bastardie et al., 2005)

18. Поперечный разрез
через большой камень,
пролежавший на
поросшем травой поле 35
лет
АА – исходный уровень
почвы (по Дарвину, 1936)
Биогенная сортировка частиц:
мелкие частицы выносятся
наверх, крупные
погружаются вниз
Погружение белых
фаянсовых пластинок в
почву роющей деятельностью
червей
(рис. Михаэльсена, по
Чекановской, 1960)

20. Схема развития
сусликовины
Мозаика почвенных структур в нижней
части профиля чернозема,
сформированная роющей деятельностью
сусликов

22. а – масса корней в луговой
степи (по Шалыту, 1950)
б – распространение гумуса в
кротовинном черноземе (по
Панкову, 1921)
в – интенсивность роющей
деятельности сурков
(Кучерук, 1963)
По оси ординат: глубина
профиля

23. Роль животных в почве
1) Измельчение органического материала (включая
растительные остатки и экскременты животных)
2) Формирование агрегатной структуры почвы
3) Изменение физических свойств почвы – улучшение
аэрации, водопроницаемости; увеличение
биологической емкости почвы
4) Перемещение почвы и органического вещества,
локально увеличивающее контрастность почвы, а на
протяженных временах ведущее к ее перемешиванию и
гомогенизации
- биогенная сортировка почвенных частиц
- перенос с глубины на поверхность разнообразных
химических веществ и минералов
- перенос в нижние горизонты гумусированного
материала

24. Схема заполнения
корневых ходов в плотном
субстрате при высокой (А)
и низкой (Б) доле
копролитов в
заполняющем материале
Формирование корневого хода в
почве за счет роста корня,
уплотнения почвы вокруг корня
А Б

27. Образование ветровальных
почвенных комплексов (ВПК)
I. Без движения ствола назад
(«типичный», непровернутый)
II. С движением
ствола назад
(провернутый)
(по Пономаренко, 1999)

28. Ветровальный микрорельеф
сохраняется сотни лет
ВПК ели сибирской, 450 лет
после ветровала, Урал

29. Следы ветровалов в почве
Протяженные комплексы
структур в виде слоев,
котлов, чаш

30. Следы ветровалов в почве
Полосчатые структуры
Пятнистые структуры
(«плавающие комки»)
Погребенный материал
(угли, подстилка и др.)

33. Глубина современных и «погребенных»
западин вывалов
160
120
80
40
0
40 60 80 100 120 140 160 180
Глубина современных западин, см
Число, шт.
А
50
40
30
20
10
0
40 60 80 100 120 140 160 180
Глубина старых (погребенных) западин, см
Число, шт.
Б
Заповедник
«Калужские
засеки»

34. При естественном развитии лесной
экосистемы происходит:
 усложнение структуры (увеличение
структурного разнообразия) почвы
на макроуровне – увеличение мощности
органогенных горизонтов и разнообразия их
структуры
на микроуровне – формирование многопорядковых
агрегатов, увеличение порозности и сложности
организации порового пространства
 увеличение видового богатства, экологического
и биологического разнообразия почвенного
населения увеличение числа компонентов
детритных цепей трофической сети
 увеличение плодородия / продуктивности почвы

37. Мурманская обл. Карелия
Вологодская обл. Коми

38. Костромская обл. Воронежская обл.
Калужская обл. Тамбовская обл.

39. При естественном развитии лесной
экосистемы
 Лесной растительности свойственна
аккумуляция гумусовых и зольных веществ
 Мощность органогенного (органического,
органо-минерального) горизонта
соответствует глубине оборачивания почвы
биотой
 Фоновая глубина оборачивания почв биотой
в бореальных и умеренных лесах 60–80 см, в
максимуме до 2 м

40. Gap-мозаика
Разновозрастные
ветровалы
Высокое видовое
разнообразие растений
Активность почвенной
мезофауны
Модер/мулль гумус
Нет подзолистого или
элювиального
горизонта
…
Слабо развита gap-
мозаика
Единичные или массовые
ветровалы
Низкое видовое
разнообразие растений
Низкая активность
почвенной мезофауны
Мор/модер гумус
Подзолистый или
элювиальныйгоризонт
…

41. На протяжении долгого времени основные
факторы сукцессий экосистем и почв в
их составе:
 антропогенные
 природные катастрофические

42. Диаметр дождевых капель - от 0,25
до 6 мм, в среднем 3 мм
Диаметр почвенных агрегатов в
обработанной пылеватой почве -
менее 1 мм
Скорость капли 0,75 м/с
при ветре - в 2,75 раза больше
Осветление почвенных
частиц на выбросе крота

43. Дорога во ржи. Шишкин, 1886
Осенняя пахота
в Малороссии.
Клодт, 1875

44. Микрофотографии поверхностного почвенного слоя (0–100 мм). Слева-
почва после распашки, справа – та же почва после дождя. Видно
формирование поверхностной корки
Размер фотографии 35 мм x 28 мм (Pagliai et al., 2004)

45. Схема осаждения частиц из суспензии в
вертикальных каналах миграции
(по Пономаренко, 1990)
1 – осветленная пыль
2 – ил
3 – коллоиды
4 – каналы миграции I порядка
5 – каналы миграции II порядка
Мобилизация, перенос и осаждение
частиц без их разрушения = лессиваж

46. Поверхность почвенных агрегатов,
покрытая:
бурыми гумусовыми
натеками
белесой присыпкой
минеральных частиц

47. Различные варианты почв с
дифференцированным профилем

48. «Когда то, что находится на поверхности, благодаря весу и просачиванию влаги
непрерывно стремится вниз, в недра земли, то почва, лежащая на два-три фута
глубже, оказывается более жирной, чем на поверхности. И потому следует
нижние слои поднимать выше, а верхний углублять путем вспашки или
вскапывания, чтобы сила земли, уравновешенная и объединенная в одну
[общую] силу, двигала бы и оплодотворяла корни растений».
Из трактата «О растениях» Альберта Великого, XIII в.
Пахота и сев. Англосаксонский календарь, конец X – начало XI
в. Британский музей, Лондон

49. На протяжении тысячелетий считали, что основной
способ избежать потери питательных веществ – их
возвращение с помощью вспашки
Идеал обработки почвы - глубокая вспашка с оборотом
пласта почвы
Пахота. Миниатюра из Люттрельской псалтири, ок. 1340 г.
Восточная Англия, Британский музей, Лондон

50. Интенсивность лессиважа определяется
- активностью поверхностных процессов,
«поставляющих» дезагрегированный материал
- состоянием внутрипочвенных каналов миграции
По мере заполнения подпахотной толщи число каналов
миграции и их размер уменьшаются.
Роль лессиважа уменьшается, усиливается оглеение

51. Воздействие распашки на почву
интенсификация процессов
минерализации и трансформации
органического вещества
гумификация,
агрегация
дегумификация,
дезагрегация
удобрение
деградация окультуривание

52. Примеры макроагрегатов из размерной фракции 4–12.5 мм: (a) свежий
выброс (b) и старый выброс (биогенные агрегаты); (c) округлый
агрегат («промежуточный»); (d) угловатый агрегат (физикогенный).
Все агрегаты – из почвы одного постоянного пастбища
(Puleman et al., 2005)

53. Удобрение (зола)
Мобилизация веществ
при обжиге
«Отдых» при
свободном развитии
экосистемы
Мобилизация веществ
при механической
обработке
Удобрение (навоз)
Подсечно-огневое
земледелие
Переложное
земледелие
Паровое земледелие
Факторы
поддержания
плодородия почвы
Системы земледелия

54. Подсечно-огневая система
3-5 лет
Переложная система
10-20 лет 10-20 лет
Паровая система (трехполье)
озимые  яровые  пар
удобрение
каждые
9-12 лет
подсека  ‘росчисть’  лес
расчистка  пашня  лес
расчистка  пашня
25->120 лет

55. Исторически подавляющее господство
экстенсивного земледелия в лесной зоне
европейской России
Преобладание мнения о подсечно-огневой системе,
как наиболее выгодной для земледельца, до
середины XX века
Недостаточное унавоживание ← недостаток скота ←
малая площадь лугов
Отсутствие настоящего трехполья либо другой
интенсивной системы

56. Вологодская область
Калужская область

57. Использование человеком огня – около 2 млн. лет
в Европе – 500 тыс. лет
Средняя частота пожаров в большинстве
регионов бореальной зоны – от 20 до 60 лет

58. Воздействие пожара на почву
 единовременное поступление в почву
огромных количеств элементов, в течение
многих лет накапливаемых в растениях
наиболее сильно увеличивается концентрация
Mn, Fe, Ca, K, P
 контрастный термический режим, колебания
кислотности  стабилизация и осаждение
части элементов
мобилизация и последующее осаждение
органических веществ, соединений Fe, Al, Mn
~ альфегумусовый процесс

59. Воздействие пожара на почву
 разрушение органических и минеральных
веществ под действием высоких температур
 поверхностное осветление почвенных частиц
разрушение органо-минеральных почвенных
агрегатов в суглинистых почвах,
органо-минеральных и минеральных пленок на
поверхности кварцевых зерен в песчаных
почвах
разрушение органических и минеральных
частиц почвы ~ подзолистый процесс

60. Угли в почве
Формы
углей
Окатанные
(трансформированные
на поверхности почвы)
Пластинчатые
(типичные
древесные угли)
Дисперсные,
угольная пыль

61. Окатанные угли
Окатанные угли индицируют обнажение
поверхности почвы на протяжении сравнительно
долгого времени
Присутствие в профиле только окатанных углей –
отсутствие педотурбаций в течение длительного
времени после пожара
Мы можем найти
окатанные угли под
подстилкой или под
основаниями стволов
деревьев

64. Корабельная роща. Шишкин, 1898 Корабельный лес. Шишкин, 1885
Сосновый Сосновый бор. Мачтовый лес в бор. Шишкин, 1895
Вятской губернии. Шишкин, 1892

66. Признаки пожаров в старовозрастных
темнохвойных лесах Европейской России
Ельники или пихто-ельники
Признаки пожаров
высокотравные мелкотравные кустарничковые,
зеленомошные
следы пожаров на
стволах сосен нет редко обычно
форма пластинчатые пластинчатые и
окатанные
пластинчатые,
окатанные,
дисперсные
встречаемость единичные или
скопления
единичные или
скопления
скопления или
угли в слои
почве
локализация в отсыпке
старых ВПК
иногда под
подстилкой,
обычно в
отсыпке
старых ВПК
обычно под
подстилкой
(до 7 слоев),
в отсыпке
старых ВПК

67. Костромская область

68. В Финляндии в XVIII-XIX веках
- через подсеку прошло 85% территории
- оборот рубки при подсеке сократился с 40 до 25 лет
- урожайность зерновых на лесных росчистях
уменьшилась в 2 раза: с сам-12 – сам-15 до сам-6 –
сам-9
Подсека в Иасалми,
восточная
Финляндия
Б. Линдхольм, 18 в.

69. X–XIII века - время
«великих расчисток»
и «великой
распашки» в лесной
зоне Европы
Площадь
обрабатываемых земель
достигла максимума за
всю историю
Limbourg,
1415

70. Сельское население части центра
и северо-запада Европейской
России
XIV в. 5–6 млн.чел.
конец XX в. 2,5 млн.чел.
Карта А.Б.Савинецкого

71. Плотность аборигенного
сельского населения в центре
Европейской России
1900 – 50 чел./кв.км
1970 – 15 чел./кв.км
2010 – 1,5 чел./кв.км
Калужская обл. , XXI в.

72. Лесистость территории Московской области:
XV-XVI в. – 6-25%
XVIII в. – 50%
конец XIX в. – 25-30%
XXI в. – 50%
Ландшафты Центральной России
Миниатюры из “Альбома Меверберга”, 1661

74. Малонарушенные
почвы

75. Старопахотные почвы, в
последние столетия –
интенсивные рубки

76. Старопахотные почвы, свободное развитие
леса в последние столетия

77. Времена формирования горизонтов могут
составлять десятки – первые сотни лет
Гор. E ~30 лет
Гор. A
~200 лет
Гор. A ~270 лет

78. При отсутствии педотурбаций и малой
интенсивности поверхностных процессов
на протяжении сотен лет строение профиля
может не претерпевать существенных
изменений

79. «Не продавайте солому и не снимайте ее с поля, если только она вам
не нужна, чтобы крыть дома; если ее снимете, то потеряете больше,
чем приобретете»
Вальтер Хенли, Трактат о хозяйстве, XIII в.
 защита поверхности почвы
минимальная обработка, совмещение
операций, “no-till”
уменьшение физической нагрузки на почву
укрывание, мульчирование, покровные
культуры, последовательные посадки
 севооборот, смешанные посадки
 удобрение

80. План преобразования …
1) Регулирование стока больших и малых рек
2) Мероприятия по борьбе с эрозией
3) Регулирование водного режима … путем
создания системы прудов, живых изгородей,
лесополос
4) Разработка норм рационального
землеустройства, соотношений площади
пахотных земель, лесов и вод
5) Выработка рациональных приемов обработки
почвы

81. животное население
растительность
почва
хозяйство
человека
климат
ключевые
виды
растений и
животных

82. Формирование оптимального
биоценотического покрова
Регулирование состава ключевых и
подчиненных видов
«инженеров экосистем»
Регулирование климата
Регулирование водного режима

83. Спасибо за внимание!
maxim.bobrovsky@gmail.com